基于OBE理念的電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革

沈虹 王曉寰 張瑩

摘要：針對用人單位人才需求及課程特點(diǎn)，將OBE教學(xué)理念引入電力電子技術(shù)課程，通過課上討論、項(xiàng)目等多個(gè)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生掌握基本工程實(shí)踐能力，以便畢業(yè)后迅速進(jìn)入崗位角色。

關(guān)鍵詞：OBE理念；電力電子技術(shù)；項(xiàng)目式教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）16-0118-02

一、背景

“電力電子技術(shù)”是電氣工程與自動化專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是集實(shí)用性、工程性、綜合性于一身的課程[1，2]。電力電子技術(shù)在裝備制造、新能源開發(fā)、電能質(zhì)量控制、民用產(chǎn)品等方面有著廣泛的應(yīng)用，根據(jù)麥可思數(shù)據(jù)調(diào)查和畢業(yè)生、用人單位的反饋，我校培養(yǎng)的學(xué)生綜合素質(zhì)較高，能夠滿足用人單位的需求，但工程實(shí)踐能力方面仍需提高，這一方面不能夠適應(yīng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，不能夠快速地進(jìn)入崗位角色。高校必須培養(yǎng)出具有較強(qiáng)動手能力的應(yīng)用型人才，改變滿堂灌、與實(shí)際相脫節(jié)的傳統(tǒng)教學(xué)方法[3]，電力電子技術(shù)課程的培養(yǎng)應(yīng)全面貫徹以能力為導(dǎo)向、以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的教育教學(xué)理念，突出學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐，注重知識、能力、素質(zhì)的綜合培養(yǎng)，尊重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展。為適應(yīng)社會需求以及用人單位的需要，電氣工程及其自動化專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)委員會按照學(xué)校修訂教學(xué)計(jì)劃的要求，并結(jié)合OBE教育理念，創(chuàng)新“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容，結(jié)合“電力電子技術(shù)”課程的特點(diǎn)，建立OBE模式下的課程標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步明確了“電力電子技術(shù)”課程的目標(biāo)，明確教學(xué)活動重點(diǎn)內(nèi)容，采用項(xiàng)目式教學(xué)，突出了在本課程中培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的要求。

二、項(xiàng)目式教學(xué)法實(shí)施步驟

項(xiàng)目式教學(xué)法，即在教師的指導(dǎo)下，將一個(gè)相對獨(dú)立的項(xiàng)目交由學(xué)生團(tuán)隊(duì)處理，信息收集、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，學(xué)生通過該項(xiàng)目的進(jìn)行，了解并把握整個(gè)過程及每一個(gè)環(huán)節(jié)的基本要求。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下親自處理一個(gè)項(xiàng)目的全過程，在這一過程中學(xué)習(xí)掌握教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生全部或部分獨(dú)立組織、安排學(xué)習(xí)行為，解決在處理項(xiàng)目中遇到的困難。

學(xué)生需分組按照三個(gè)階段完成下述內(nèi)容：

1.完成立項(xiàng)申報(bào)：包括立項(xiàng)依據(jù)，項(xiàng)目的研究內(nèi)容，研究目標(biāo)以及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，擬采取的研究方案及可行性分析，本項(xiàng)目的特色之處，研究計(jì)劃及預(yù)期研究結(jié)果，團(tuán)隊(duì)成員介紹，技術(shù)條件的論證，成本預(yù)算。

2.完成項(xiàng)目研究報(bào)告：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，動、靜態(tài)性能指標(biāo)分析，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選型，器件選取，調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)，動、靜態(tài)性能指標(biāo)校驗(yàn)。電源設(shè)計(jì)及保護(hù)，包括供電電源設(shè)計(jì)、控制電源設(shè)計(jì)、系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)。

3.項(xiàng)目報(bào)告及答辯用PPT。完成實(shí)體制作與性能測試分析報(bào)告，包括產(chǎn)品零部件加工與采購，產(chǎn)品組裝與調(diào)試，性能測試，競賽。

三、項(xiàng)目式教學(xué)法實(shí)施手段

1.立項(xiàng)申報(bào)階段：項(xiàng)目題目在課程開始時(shí)確定。學(xué)生按照規(guī)定時(shí)間將項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行匯報(bào)，并就方案的性能、成本、效率等方面與老師和同組同學(xué)進(jìn)行討論。通過完整項(xiàng)目申報(bào)流程這種體驗(yàn)式教學(xué)方式，加強(qiáng)學(xué)生對電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，并使其在溝通能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等方面得到鍛煉。組內(nèi)討論結(jié)束后，學(xué)生將繼續(xù)進(jìn)行項(xiàng)目方案的完善及后續(xù)的項(xiàng)目實(shí)施。例如，以某種應(yīng)用背景的DC-DC變換器PWM控制系統(tǒng)為設(shè)計(jì)內(nèi)容，應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，手機(jī)充電器，叉車調(diào)壓調(diào)速等。要求根據(jù)設(shè)計(jì)題目和任務(wù)要求，查閱相關(guān)參考圖書和資料；理論分析和計(jì)算，設(shè)計(jì)、修改系統(tǒng)方案；必要的仿真或?qū)嶒?yàn)；以組為單位完成項(xiàng)目報(bào)告一份；項(xiàng)目答辯。

2.生成項(xiàng)目報(bào)告階段：將理論課程和課程研究項(xiàng)目教學(xué)過程存在的相關(guān)技術(shù)問題和理論問題融于討論，以學(xué)生上臺講演和討論為教學(xué)形式，深入研究探討各個(gè)階段所涉及到的知識點(diǎn)及其在工程中的應(yīng)用，以具體問題的理論解析和提出解決問題的方法為討論內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、學(xué)會學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)，綜合訓(xùn)練學(xué)生能力，提高學(xué)生綜合運(yùn)用本專業(yè)知識，分析、理解和解決本專業(yè)及相關(guān)行業(yè)的理論和實(shí)踐問題的能力。學(xué)生應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目題目及課程的進(jìn)度，按時(shí)完成相應(yīng)的內(nèi)容。項(xiàng)目分為課內(nèi)學(xué)時(shí)和課外學(xué)時(shí)。項(xiàng)目的課內(nèi)學(xué)時(shí)要求學(xué)生集中對項(xiàng)目的研究工作進(jìn)行相互評議及討論。學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式通過設(shè)計(jì)電路、制作電路、調(diào)試電路、測試波形等來完成知識點(diǎn)內(nèi)容學(xué)習(xí)。項(xiàng)目以教師命題為主，教師設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)、功能、指標(biāo)。學(xué)生負(fù)責(zé)電源、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)，包括考慮選取器件的成本。項(xiàng)目采取競爭式方案，首先4—5人一組進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，然后同一方案進(jìn)行分組競爭，從中選3組優(yōu)秀方案，繼續(xù)進(jìn)行項(xiàng)目優(yōu)化、設(shè)計(jì)、制作。各團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，既要具有一定技術(shù)銜接，又要各有所重。項(xiàng)目實(shí)施過程中團(tuán)隊(duì)之間互評、互比、互助，形成有效競爭模式與協(xié)作模式。同時(shí)，采取定期組織各組進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)展討論、匯報(bào)的方式，解決所遇到的技術(shù)問題，有效推進(jìn)各組進(jìn)度。對PWM控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試。四人一塊控制電路板，一塊電源板，一套調(diào)試設(shè)備包括示波器，萬用表等，分別按照老師給定的各組數(shù)據(jù)，各自獨(dú)立完成調(diào)試，記錄實(shí)驗(yàn)波形，并針對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析。

3.組織答辯階段：以小組為單位，兩個(gè)組做同一個(gè)案例。學(xué)生在課外查找、閱讀和分析相關(guān)的知識內(nèi)容，總結(jié)、整理并撰寫報(bào)告，做成PPT。每一個(gè)案例由抽簽決定上臺陳述的小組和主匯報(bào)人，陳述時(shí)間為10分鐘，最后每個(gè)小組上交一份分析報(bào)告（電子版）。陳述完后，同一案例未陳述的小組提出問題并討論，其他同學(xué)參評（依所需要討論的具體內(nèi)容，總結(jié)存在的主要問題，在課堂上在老師引導(dǎo)下進(jìn)行討論），討論時(shí)間為5分鐘，最后由老師點(diǎn)評。要求所有同學(xué)必須參加討論課，否則討論成績?yōu)榱恪?/p>

項(xiàng)目將以答辯和競賽的形式進(jìn)行驗(yàn)收。答辯結(jié)束后，學(xué)生需及時(shí)上交項(xiàng)目研究報(bào)告、圖紙、實(shí)物。

四、制定相應(yīng)的項(xiàng)目式教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)

為保證課程目標(biāo)的達(dá)成，課程的考核也是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，OBE教學(xué)要求考核應(yīng)全面反映課程的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)應(yīng)包含所有的學(xué)生。為此本課程的項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容通過討論、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考核，并根據(jù)各個(gè)環(huán)節(jié)中所承擔(dān)的教學(xué)目標(biāo)權(quán)重進(jìn)行疊加，用來評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。這里只介紹課內(nèi)項(xiàng)目評分標(biāo)準(zhǔn)，其他與本文所述無關(guān)。項(xiàng)目評定標(biāo)準(zhǔn)分為學(xué)生自評成績（10分）、指導(dǎo)教師評分（20分）、作業(yè)成績（10分）、討論課成績（10分）、項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作及仿真實(shí)驗(yàn)（40分）、研究報(bào)告（10分）幾項(xiàng)。其中，學(xué)生自評成績由本組學(xué)生相互打分，組長簽字后上交給指導(dǎo)教師，每組學(xué)生平均分不超過16分，最高分與最低分的分差不小于5分，重點(diǎn)考察學(xué)生在整個(gè)項(xiàng)目完成過程中的貢獻(xiàn)大小；指導(dǎo)教師成績由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生出勤、平時(shí)表現(xiàn)、仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等給學(xué)生打分，平均分為16分；作業(yè)成績依據(jù)學(xué)生作業(yè)實(shí)際得分計(jì)算；討論課成績考察資料的查閱、知識熟練運(yùn)用及體會（占6分），PPT上臺講演和回答問題（占4分）；項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作及實(shí)驗(yàn)部分答辯匯報(bào)占20分，實(shí)物競賽占20分；研究報(bào)告主要考察報(bào)告的整理及撰寫。

五、教改效果

通過本課程的項(xiàng)目式教學(xué)，使學(xué)生具備下列能力：

1.能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、電路理論和工程基礎(chǔ)的基本概念，分析電力電子變換器的基本原理，建立數(shù)學(xué)模型，表述電能變換的問題。

2.能夠運(yùn)用電力電子基礎(chǔ)理論、數(shù)量關(guān)系對典型電力電子變換器主電路進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和設(shè)計(jì)，并能夠設(shè)計(jì)控制方案和開展仿真研究。

3.能夠結(jié)合工程實(shí)例設(shè)計(jì)不同應(yīng)用背景電力電子變換器的控制電路，完成機(jī)理分析及實(shí)驗(yàn)調(diào)試等一系列工作，解決工程問題，培養(yǎng)合作能力。

經(jīng)過課后調(diào)查問卷統(tǒng)計(jì)，與常規(guī)授課方式相比，項(xiàng)目式教學(xué)學(xué)生參與的程度大，給了學(xué)生自由發(fā)揮的空間，學(xué)生對這種教學(xué)方法反應(yīng)較好。通過“電力電子技術(shù)”課程改革，實(shí)現(xiàn)了讓學(xué)生在“做中學(xué)”、“做中提高”，強(qiáng)化了對學(xué)生的專業(yè)知識的應(yīng)用能力、組織管理能力、團(tuán)隊(duì)合作意識的培養(yǎng)，對專業(yè)后續(xù)課程起到了一定的支撐作用。

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